石油安全工程毕业设计.docx
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石油安全工程毕业设计
西安石油大学
课程设计
学院专业班
题目
油库安全监控系统软件设计九（采用PLC方案）
学生
指导老师
二○一○年十二月
《石油安全工程》
课程设计任务书
题目
油库安全监控系统软件设计九（采用PLC方案）
学生姓名
设
计
内
容
与
要
求
课程设计主要完成某油库安全监控系统的软件设计。
要求运用已学过的组态软件《组态王6.51》软件知识，完成油库系统监控软件中的工艺流程模块、曲线图模块、报表模块、实时参数模块等各模块的设计。
同时要求进一步熟悉相关计算机监控系统的硬件组成与方案，学会计算机监控系统软件设计的步骤和方法，培养学生初步设计小型计算机安全监控系统软件编程的能力。
课程设计内容及基本要求如下：
1、熟悉油库工艺流程、监控目标及要求。
2、熟悉常用的监控系统硬件参数与选型，了解其工作原理。
3、学会计算机监控系统组态软件编程。
4、完成油库安全监控系统软件中的工艺流程模块、曲线图模块、报表模块、实时参数模块等各子模块的设计。
5、课程设计时间一周，完成课程设计报告。
起止时间
指导教师签名
年月日
系（教研室）主任签名
年月日
学生签名
年月日
1绪论
油库是用来接收、储存和发放原油或原油产品的企业和单位。
同时，油库也指用以贮存油料的专用设备，因油料具有的特异性用以相对应的油库进行贮藏。
油库是协调原油生产、原油加工、成品油供应及运输的纽带，是国家石油储备和供应的基地，它对于保障国防和促进国民经济高速发展具有相当重要的意义。
目前，各大油库生产工艺过程的控制主要有人工监测控制、常规仪表自动监测控制、计算机监测控制等三种方法。
计算机监测控制是从上世纪七十年代迅速发展起来的一种功能强大的现代工业过程控制方法。
它采用计算机技术与自动化仪表相结合，对工业生产过程中的各种工艺参数进行处理、运算、显示和控制。
相对于常规仪表控制，它可以提供更为复杂的控制算法，通过对各种相关参数进行综合分析，实现协调管理和优化控制。
在油库生产过程中，如何合理选择、设计安全可靠和便于维护的计算机监控系统，保证联合站生产的平稳运行和优化控制，实现节能降耗和安全生产，提高生产管理水平，是目前自动化技术在油田生产应用中面临的重要课题。
2油库的计算机监控系统
2.1计算机监控系统的介绍
目前的计算机监控技术是一门综合性技术。
它是计算机技术、通信技术、网络技术和自动化技术的综合应用。
所谓计算机监控系统，就是采用计算机取代常规的显示和调节仪表作为工业数据采集和控制过程的处理核心，利用传感器或变送器将被监控对象中的物理参量（如温度、压力、流量、液位等）转换为电信号，再将这些电信号经输入装置转换为计算机可识别的数字量，并且在显示装置中以数字、曲线或图形的方式显示出来，从而使操作人员能够直观、迅速地了解被监控对象的变化过程。
同时计算机还可以将采集的数据存储起来，随时进行分析、统计和显示并生成各种报表。
如果需要对被监控的对象进行控制，则由计算机中的应用软件根据采集到的物理参量的大小和变化情况以及按照工艺要求的设定值进行判断，然后根据一定的控制算法在输出装置中输出相应的电信号，并推动执行装置动作从而完成相应的控制任务。
图1-1就是一个典型的计算机测控系统组成原理图。
由于近年来计算机软件的迅速发展，各种可视化应用软件已广泛应用于工业计算机系统，能够为操作者提供更加直观完善的操作界面，大大丰富了现场监视功能。
图2-1计算机监控系统结构图
2.2计算机监控系统的主要特点
（1）实时性。
对工业生产过程进行实时在线检测与控制，按优先级进行采集和输出调节，保证被控系统的正常运行。
（2）可靠性。
具有在较为恶劣的工业现场长期工作的能力，并具有良好的故障诊断和维护性。
（3）较强的输入/输出能力。
可与工业现场的检测仪表和控制装置相连接，完成各种测量控制任务。
（4）应用软件丰富。
目前大多数计算机监控系统以WINDOWS做工作平台，系统软件、应用软件丰富，可提供良好的人机界面，特别是组态软件更为用户提供了方便。
（5）设计原则：
可靠性原则、使用方便原则、开放性原则、经济性原则、开发周期短原则。
2.3油库计算机监控目标
针对油库发油，装油，卸油等工艺过程的分析，进行监控系统的硬件和软件设计，同时对系统的适应性进行研究，建立一套具有实际应用能力的监控系统。
本设计应该打到你以下目的：
1．能及时地，正确地运行设备的运行参数和运行状况作出全面监测，预防和消除事故隐患。
2．对设备和运行状况进行必要指导，提高设备运行的安全性，可靠性，和有效性，把设备发生事故的概率降到最低水平，将事故造成的损失减低到最低程度。
3．通过对运行设备进行监测，隐患分析和性能评估等，为设备的结构修改，设计优化和安全运行提供数据和信息。
总的来说，其目的就是确保设备安全运行，预防和消除事故隐患，避免事故发生。
应用基于《组态王6.51》的计算机监控技术，实现油库计算机监控的上位机监控，达到如下目的：
1.及时报警。
2.实现对库内设备运行状况，压力，流量，温度，液位，以及库内的可燃气体浓度的监测。
3油库工艺流程简介
3.1工艺流程
油库工艺流程分为四个步骤：
1.分离器流程。
从各个采油队输送过来原油首先通过计量器计量后又送进入油库的油气水三相分离器，在这里实现气体和液体的分离。
2.油罐区流程。
任务是进行油水分离，由一次沉降罐，二次沉降罐，进化罐组成，分离器将油水混合液输入分离出大部分原油，并把天然气收集，将水输到污水区处理。
加热炉加热和脱水器脱水。
进入进化油罐，等待外输。
3.加热炉流程。
油罐区二次沉降灌输送过来原油经加热利于原油输送，然后送脱水器脱水。
4.原油外输流程。
现原油含水少，经过原油外输汞将原油输送出联合站，污水处理工艺流程。
进入过滤罐过滤，最后污水输出。
根据其工的艺流程和各个设备工作原理，整个监控系统需要处理：
1.监控三相分离器上油室，水室的液位恒定。
2.监测三相分离器上油室，水室的液位，温度，压力及报警。
3.监测遍布整个战区的气体浓度及报警。
4.监测两个沉降罐的油室，水室的液位，温度，压力及报警
5.监测脱水汞，脱水器，加药汞，污水外输汞各自前后的压力，控制各个汞的起，停，显示其运行状况及报警。
6.监测进化油罐，污水缓冲罐，过滤罐，加热炉的温度，液位及报警。
3.2油库工艺流程图
图3-1油库工艺流程图
3.3初步分析
液位，温度，压力，气体浓度等信号经过相应的变送器后转换为与现场最大，最小值对应的4—20MA电流信号，都是模拟输入量信号。
各汞对应相应数字量。
3.4系统硬件组成图
图3-2油库系统硬件组成图
4组态王软件设计
4.1组态王软件结构
“组态王6.51”是运用于MicrosoftWindows98∕2000∕XP中文平台的中文界面的人机界面软件，采用了多线程、COM组件等新技术，实现了实时多任务，软件运行可靠。
组态软件包括工程浏览器、工程管理器、画面运行系统三部分组成。
在工程浏览器中可以查看工程的各个组成部分，也可以完成数据库的构造、定义外部设备等工作；工程管理器内嵌画面管理系统，用于新工程的创建和已有工程的管理。
画面的开发和运行由工程浏览器调用画面制作系统TOUCHMAK和工程运行系统TOUCHVIEW来完成。
TOUCHMAK是应用工程的开发环境，它具有先进完善的图形生成功能；数据库提供多种数据类型，能合理的提取控制对象的特性；对变量报警、趋势曲线、过程记录、安全防范等重要功能都有简洁的操作方法。
PROJMANAGER是应用程序的管理系统，它具有很强的管理功能，可用于新工程的创建及删除，并能对已有工程进行搜索、备份及有效恢复，实现数据词典的导入和导出。
TOUCHVIEW是“组态王6.51”软件的实时运行环境，在应用工程的开发环境中建立的图形画面只有在TOUCHVIEW中才能运行。
TOUCHVIEW从控制设备中采集数据，并存在于实时数据库中。
它还负责把数据的变化已动画的方式形象的表示出来，同时可以完成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视功能，并按实际需求记录在历史数据库中。
4.2组态王与下位机的通讯
“组态王”把每一台与之通讯的设备看作是外部设备，下图4-1为组态软件架构。
为实现组态王和外部设备的通讯，组态王内设置了大量设备的驱动作为组态王和外部设备的通讯接口，在开发过程中只需根据工程浏览器提供的“设备配置导向”一步步完成连接过程即可实现组态王和相应外部设备驱动的连接。
在运行期间，组态王就可通过驱动接口和外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据／指令。
每一个驱动都是一个COM对象，这种方式使驱动和组态王构成一个完整的系统，既保证了运行系统的高效率，也是系统有很强的扩展性。
图4-1组态王软件架构
5油库软件部分设计
5.1建立新工程
在用“组态王6.53”进行设计的开始，要创建一个新工程。
这是程序设计的第一步，组态王工程管理器的主要任务是为用户集中管理本机上的组态王工程。
建立油库监控中心，在组态软件中建立一个新的工程项目，命名为“油库监控系统软件设计”，按照提示建好新的工程项目。
图5-1组态王新建工程步骤
图5-2组态王工程管理器
5.2画面设计
工程浏览器的使用和Windows的资源管理器类似。
工程浏览器由菜单栏、工具条、工程目录显示区、状态条组成。
使用工程浏览器，选择“画面”并且新建画面，在画面制作中使用图形工具与调色板等共工具绘制油库工艺流程图。
图5-3油库工艺流程图
5.3定义外部设备合数据变量
5.3.1定义外部设备
下位机采用PLC，对于组态王来说也即是外部设备，它通过串行口与上位机进行数据交换；定义外部设备后，组态王才可以通过I/O变量合他们交换数据。
在此采用仿真PLC和组态王通信。
仿真PLC可以模拟PLC为组态王提供数据，设仿真PLC连接在计算机的COM2口，在组态王工程浏览器的左侧选中COM2，在右侧单击“新建”，运行“设备配置导向”。
图5-4设备配置向导步骤1
选择“仿真PLC”的”COM”项，单击“下一步”
图5-5设备配置向导步骤2
填写设备连接串口，单击“下一步”：
注：
在实际连接设备时，地址的设置要和在设备上配置的地址要一致。
图5-6设备配置步骤3
设置通讯故障恢复参数，在此使用默认值，单击“下一步”：
图
5-7设备配置步骤4
检查后确认无误，单击“完成”。
设备定义到此已经完成，在工程浏览器的右侧可以看见所定义的的设备”新I/O设备”,在打开数据词典时，把I/O变量连接到该设备上，便可以与组态王交换数据。
5.3.2定义数据变量
数据库是“组态王”最核心的部分。
数据库中变量的集合为“数据词典”，在数据词典中定义工艺过程中需要的变量。
图
图5-8“变量属性”对话框
依次定义另外的一些变量油气分离器的温度、净化罐的温度、缓冲罐的液位、压力除油罐的温度、液位等变量。
5.4动画连接
5.4.1动画连接的作用
“动画连接”就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系。
对已建立的“监控中心”，在画面上的变量的值的大小变化能够显示出来，便可以真实的反映现场监控情况。
5.4.2建立动画连接
在画面上双击图形对应的“反应器”，弹出该对象的动画连接对话框。
图5-9动画连接对话框
变量名：
“\\本站点\净化罐液位”，分别选择罐体，填充背景和填充颜色。
填充设置：
如上图所示。
单击“确定”按钮，完成净化罐液位的动画连接。
连接后，变量“原料油液位”的变化就通过设置颜色的填充范围表示出来，并且填充的高度随变量值的变化而变化，用同样的方法将余下的罐及泵做好设置。
在工具箱中选中文本工具，在原料罐旁边输入字符串“####”。
当工程运行时，实际画面上的字符串的内容将被输出的模拟值所取代。
5.5报警和事件
5.5.1定义报警组
运行报警和事件记录是监控软件必不可少的功能，“组态王”提供了强有力的支持和简单的控制运行报警和事件记录方法。
在工程浏览器中选择“报警组”，然后进入报警组定义。
在“报警组定义”对话框中单击“修改”。
将“RootNode”修改为“油库”单击“增加”。
图5-10报警组下增加一个分组
单击“确定”按钮，结束设置。
5.5.2设置变量的报警定义属性
设置变量“计量罐”报警属性。
选择“数据词典”，在右侧双击变量名“计量罐”，在“定义变量”对话框中单击“报警定义”配置页，弹出对话框如图：
图5-11“报警定义”配置页
具体设置如下：
低：
10高：
90
报警组名：
油库优先级：
100
单击“确定”，关闭此对话框。
采用同样的方法定义所有变量的报警属性。
5.5.3建立报警和事件窗口
（1）建立一个新的画面作为报警画面。
画面名称：
“报警”
（2）绘制报警和事件窗口：
在工具箱中选用报警窗口工具，绘制报警窗口如下图：
图5-12绘制报警窗口
双击报警窗口对象，弹出“报警窗口配置属性页”对话框，并进行设计。
图5-13“通用属性配置页”设置
单击“列属性”配置页，设置如下：
图5-14“列属性”配置页设置
单击“操作属性”配置页，设置如下：
显示工具条：
有效允许报警确认：
有效允许双击左键：
有效
单击“条件属性”配置页，设置如下：
图5-15“条件属性”配置页设置
完成各个报警属性设置后，运行报警和事件窗口如下：
图5-16运行报警和事件窗口效果
5.6趋势曲线
趋势曲线用来反应数据变量随时间的变化情况。
趋势曲线有两种：
实时趋势曲线和历史趋势曲线。
这两种曲线外形都类似于坐标纸，X轴代表时间，Y轴代表变量的量程百分比。
不同的是，在画面运行程序时，实时趋势曲线随时间变化自动卷动，以快速反应变量的新变化，但不能时间轴“回卷”，不能查阅变量的历史数据；历史趋势曲线可以完成历史数据数据查看工作，但它不会自动卷动，而需要通过带有命令语言的功能按钮来辅助实现查阅功能。
5.6.1实时趋势曲线
选中“实时趋势曲线”工具，然后在画面上绘制趋势曲线。
双击此实时趋势曲线对象，弹出“实时趋势曲线”对话框，对话框设置如下图所示：
图5-17“实时趋势曲线曲线定义”对话框
单击“标识定义”配置页，对话框设置如下图所示：
图5-18“实时趋势曲线标识定义”对话框
可以对时间轴和数据轴进行任意设置。
单击“确定，”关闭此对话框。
保存后激活运行系统，画面运行效果如下图所示：
图5-19“实时趋势曲线”运行效果图
将画面切换到view中，单击“打开”，选中实时趋势曲线，系统运行得到实时趋势曲线曲线运行下图所示。
图5-20实时趋势曲线运行图
5.6.2历史趋势曲线
在开发系统中新建画面，在工具箱中单击“插入通用空件”，弹出“插入控件”对话框，在列表中选择“历史趋势曲线”，单击“确定”，然后绘制一个矩形框，如下图所示：
图5-21历史曲线控件
单击右键，选择“控件属性”命令，弹出控件属性对话框，进行属性设置，按照要求设置数据，设置完成后单击“确定”，便可得到如下图所示：
图5-22历史趋势曲线
单击“文件”按钮，将画面切换到view画面，进行演示实验，选择“画面”，单击“历史趋势曲线”，点“确定”，便可得到历史趋势曲线演示图，如下图所示：
图5-23历史曲线控件运行效果图
5.7报表系统
5.7.1数据报表的用途
数据报表可以反应生产过程中的数据、状态等，并对数据进行记录，是生产中不可缺少的一部分。
它能反应系统实时的生产情况，也能对长期的生产过程进行统计、分析，使管理人员能够实时掌握和分析生产情况。
在这里制作联合站的实时数据报表，以便随时分析、掌握。
5.7.2制作实时数据报表
在组态王工具箱内选择“报表窗口”工具，在报表画面上绘制报表。
如图所示：
图5-24绘制报表
双击报表窗口的灰色部分，弹出“报表设计”对话框，对话框进行如下设计如下图：
图5-25“报表设计”对话框
对组态王报表画面进行设置，选中两个单元格区域，进行单元格合并，在报表工具箱里输入“实时数据报表”，单击“输入”。
在单元格中设置报表时间，从“数据词典”中选择日期、时间（日期、时间前必须加“=”）。
在A4单元格中输入“沉降罐压力”文本值，再选中B4单元格，从“数据词典”中选择“沉降罐压力”，并再往前面加“=”，选择输入。
如下图所示：
图5-26报表设置画面
5.7.3保存报表
在“文件”中选择“全部保存”，将画面切换到view画面，进行演示实验。
则画
面如图所示：
图5-27报表画面运行效果
5.7.4制作历史数据报表
历史数据报表的设计方法与实时数据报表的制作方法一致，报表样式如图所示：
图5-28历史数据报表设计
运行组态王，打开历史数据报表，运行结果如下图所示：
图5-29历史数据报表运行效果图
6总结
通过这次课程设计我熟悉并掌握了组态王的基本操作与使用，并在此基础上完成了油库系统监控软件中的工艺流程模块、曲线图模块、报表模块、实时参数模块以及报表模块等各模块的设计。
同时进一步熟悉了相关计算机监控系统的硬件组成与方案，学会了计算机监控系统软件设计的步骤和方法，使自己初步具备了设计小型计算机安全监控系统软件编程的能力。
可编程逻辑控制器（PLC）通过对计算机监控系统投用前后的现场重要工参数测试数据进行分析，该监控系统能够实现界面控制平稳，压力控制稳定的控制目标。
自动控制系统投入运行后，各项生产技术指标均达到了工艺要求。
与人工控制相比，自动控制使生产过程更加平稳，生产技术指标的控制效果更加理想。
在设计过程中，采用PLC方案进行系统设计，实现了对监控对象的自动监测与报警。
此种方案其可靠性高，设计方便灵活，性价比优越。
采用此种方案控制精度大幅提高完全可以满足工业控制系统的要求。
设计中利用了组态王中的时间变量和相应判断语句，实现了每秒钟监测危险信号的功能，并通过相应的按键的命令触发和停止自动报警功能。
计算机监控系统已经广泛的被用于各种工业生产，特别是一些高危行业，本次联合站监控系统软件设计促使我们熟悉并且自己动手实践。
参考文献
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西安电子科技大学出版社，1998.
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清华大学出版社，2001.
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